基于云架构的家具网关设计与实现

基于云架构的家具网关设计与实现

 基于云架构的家居网关设计与实现
摘要
随着经济的高速发展,人们追求的生活质量越来越高,因此,建立一个舒适、低成本及高效率的智能家居系统已成为21世纪热点的话题之一。云架构的应用前景将会成为智能家居系统的一个重要的突破口,对智能家居产业发展具有重要的意义。
本设计采用“贴近生活,使用方便”的云架构思想作为设计理念,搭建了一个基于云架构的智能家居网关系统。本次设计包括的模块有网关板模块、节点板模块、网页模块、APP模块。主要实现的具体功能有,PC机可以通过浏览器显示节点板采集的温湿度数据以及通过浏览器控制控制节点板的LED灯的开关状态,也可以通过APP显示节点板采集的温湿度数据以及控制节点板的LED灯的开关状态。PC机与节点板之间的通信和APP与节点板之间的通信,都需要经过网关板进行转接,因此网关板是整个系统的通信桥梁。为了实现网关板通信桥梁的角色,本次网关板的设计,硬件上采用恩智浦公司的STM32作为主控MCU,该系统由STM32内嵌以太网模块和DP83848芯片构建一个以太网服务控制器,并与wifi模块、ZigBee模块和W25Q128的存储芯片搭建成一个网关系统。软件上以uC/OS-II实时操作系统为框架,搭载了uIP协议任务和其他任务模块,构建成一个WebServer功能。通过设计相关的网页及APP,即PC机终端和手机终端,实现了“使用方便”的设计理念,采集温湿度数据实现了“贴近生活”设计理念,从而搭建成一个云架构的智能家居网关系统。
关键词 :智能家居;云架构;ZigBee;wifi

 

 

 


Abstract
With the rapid development of economy, the quality of life that people pursue with is getting increasingly higher. Therefore, setting up a pleasing, low costing and efficient Intelligent Home System has been one of the hottest topics in the 21st century.
The application prospect of the internet will be an essential breakthrough of intelligent home system, having great significance for the development of intelligent industry. Taking “approachable to life, convenient to use” as the design concept, this design builds an Intelligent Home Gateway System based on IOT. Modules of our design are made of the gateway board, gusset plate, web page and APP. The main functions of the design include: through browser, PC can display temperature and humidity data collected by gusset plate and control the on-off state of LED of gusset plate. Likewise, the APP has the same effects.The gateway board acts as the bridge of the whole system, as both the communication between gusset plate and PC and the communication between gusset board and APP need the transmission through the gateway board. To achieve this, the design of gateway adopts NXP’s LPC 1769 as the MCU on hardware. This system builds an Ethernet controller composed of Ethernet module with embedded STM32 and DP83848 chip; it also constructs a Gateway System in which includes wifi module, ZigBee module and W25Q128 storage chip. About software, which includes the uIP Protocol Task and other task modules, it produces a Web Server function within the framework of uC/OS-II RTOS. By designing relevant web pages and APP, that is,PC terminal and mobile terminal, the design approach of using convenience is presented; By collecting the temperature and humidity data, the design concept of approaching to life is realized. Ultimately an Intelligent Home Gateway System of IOT is created.
Key word:Smart Home; Internet of Things; ZigBee; wifi

 

 

 

 

 

 

目录
第1 章 绪论 1
1.1 智能家居的概念 1
1.2 云架构的智能家居 1
1.2.1 云架构的概念 1
1.2.2 云架构的智能家居系统 2
1.3 研究意义 3
第2章 系统的总体设计 4
2.1 网关板的功能介绍 4
2.2 系统的设计方案 4
第3章 硬件设计概述 6
3.1 网关板的设计概述 6
3.1.1 网关板的总体设计概述 6
3.1.2 STM32的相关概述 6
3.1.3 以太网控制器概述 7
3.1.4 xbee模块概述 8
3.1.5 wifibee模块概述 8
3.1.6 FLASH存储器概述 8
3.2 ZigBee节点板概述 9
第4章 软件设计 10
4.1 软件的总体设计概述 10
4.2 uC/OS-II操作系统和uIP协议概述 10
4.2.1 uC/OS-II操作系统简介 10
4.2.2 uIP协议简介 12
4.3 开发工具介绍 13
4.3.1 Keil MDK  简介 13
4.3.2 Dreamweaver 简介 13
4.3.3 Ecplise简介 14
4.4 网关板的软件设计与实现 14
4.4.1 网关板的软件框架 14
4.4.2 网关板的软件代码分析 17
⑴ 网关板程序框架分析 17
⑵ WebServer的实现过程 18
⑶ 获取网页数据的过程 20
4.5  网页设计 22
4.5.1 网页设计结构 22
4.5.2 网页数据的响应过程 24
4.6 xbee和wifibee网络通信的实现与设计 25
4.6.1 通信协议的定制 25
4.6.2 xbee通信的实现 27
4.6.3 wifibee通信的实现 28
4.7  APP的实现过程 28
4.7.1 APP的界面设计 28
4.7.2 代码分析 28
第5章 系统的搭建与测试 34
5.1 PC机的环境搭建 34
5.2 PC机访问网关板测试 35
5.3 手机APP访问网关板测试 38
第6章 总结与展望 40
6.1 毕业设计总结 40
6.2 未来展望 40
致谢 41
参考文献 42

参考文献
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[2]张永辉,沈重,陈褒丹. ARM Cortex-M3 微控制器原理与应用[M]. 北京:电子工业版社,
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[3]任嵌,王慕冰,王平豪.嵌入式实时操作系统μCOS-I原理及应用[J].北京:北京航天航空大学出版社,2009年2月.       
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[6]Mirrorok. XBEE-PRO ZB模块基本实验[J],2009年3月.   
[7]李刚.疯狂Android讲义[M].北京:电子工业出版社,2013年3月.   
[8]谭浩强.C程序设计[M].北京:清华大学出版社,2005年7月.
[9]周立功.LPC1700系列微控制器[J].广州周立功单片机发展有限公司,2012年8月.
[10]王娟. 基于ZigBee无线传感网络的智能家居系统设计与实现[D].东华理工大学,2013. 
[11]吕显朋,刘彦隆,王相国. 基于云架构的智能家居系统设计[J]. 电视技术,2013,24:43-48.
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